野外自然环境下绯颜裸金蝇蛹壳碳氢化合物的风化规律研究

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背景与目的:法医昆虫学是一门新兴的交叉学科,它将昆虫学证据应用于刑事侦查和司法实践,对尸体的死亡时间、死亡地点、死亡原因及其它事实真相进行分析判断,在刑事案件侦破和法庭审判中起着不可低估的作用。死亡时间通常也是凶杀案件发生的时间,对划定侦查范围、确定或排除犯罪嫌疑人有着非常重要的意义。目前,早期死亡时间主要通过尸体现象来推断,而对于晚期腐败尸体一般主要根据尸食性蝇类的发育来推断。当尸体暴露于空气中时,蝇类在几分钟之内便可飞来产卵,经历幼虫期,蛹期后羽化为成虫。根据尸食性蝇类的发育时间可对死后间隔时间进行估计,但成虫羽化后该方法不再有效。本课题组前期研究发现,在野外环境下,大头金蝇和棕尾别麻蝇两蝇种蛹壳碳氢化合物的组成随风化时间延长发生有规律的时序性变化,表明其在晚期腐败尸体死亡时间的推断中有很大的应用潜力。  本研究应用气相色谱和气-质联用仪,以绯颜裸金蝇(双翅目:丽蝇科)为材料开展研究,旨在进一步揭示野外自然环境下蛹壳碳氢化合物的风化规律,初步阐明季节、温度等因素对蛹壳碳氢化合物风化的影响,为其应用于法医学实践提供科学依据。  材料与方法:绯颜裸金蝇成虫以白糖和清水饲养。于成虫产卵期,在养虫笼内放入新鲜瘦猪肉供其产卵;幼虫以新鲜瘦猪肉于塑料盆中饲养,并置于装有干燥锯末的较大塑料盆中供其化蛹。将蛹收集并置于养虫笼中,待蝇蛹羽化后收集羽化当日蛹壳,并置于﹣30℃冰箱保存备用。于四个季节将蛹壳分别置于野外三处不同地点进行风化;前0-40d每5d,后50-90d每10d收集适量蛹壳,于-30℃冰箱保存备用。蛹壳碳氢化合物用正己烷提取,定性分析采用气相色谱-质谱联用法,定量分析采用气相色谱法。碳氢化合物的含量数据经过自然对数转换。数据的统计方法包括单因素方差分析、相关分析、偏相关分析、简单线性回归和非线性模型拟合。统计分析结果中P<0.05则认为有显著意义。  结果:  1.各季节蛹壳碳氢化合物的组成基本一致,主要为碳链长度在C26-C36之间的烃类,包括单甲基烷烃、双甲基烷烃、直链烷烃、烯烃以及一些未知成分。其中支链烷烃百分含量最高,直链烷烃次之,烯烃含量最少。支链烷烃中内部单甲基烷烃含量最高,其次是双甲基烷烃、外部单甲基烷烃;直链烷烃中奇数碳直链烷烃百分含量远高于偶数碳直链烷烃。总烃的质量含量随饲养温度升高呈增加趋势,其它各类烃百分比构成受饲养温度影响。  2.蛹壳碳氢化合物的风化速率受季节、风化地点微环境的显著影响。夏季风化速率最高,冬季风化速率最低,春秋季基本相当,表明随着温度升高,蛹壳碳氢化合物的风化速率增加;春、冬季均以岩石表面(地点A)风化速率最高,提示光降解是其主要降解方式,但夏季以灌木丛微环境(地点C)风化速率最大,提示高温条件下,高温可协同微生物促进碳氢化合物的风化。  3.风化速率受碳氢化合物类别、支链位置显著影响,与等效链长、风化前含量呈弱相关。风化速率:烯烃>支链烷烃>直链烷烃;支链烷烃:内部单甲基烷烃>外部单甲基烷烃。  4.对各批次总烃、各类烃及各碳氢化合物含量与风化时间进行相关分析。结果发现,绝大多数碳氢化合物的含量与风化时间呈显著负相关(R<0, P<0.05),表明绝大多数种类蛹壳碳氢化合物在野外自然环境中发生显著的风化降解,其含量逐渐降低。  5.对春秋冬三季总烃、各类烃及各碳氢化合物的含量与风化时间的关系进行拟合,建立线性模型y=-ax+b(a,风化速率常数;b,初始含量)。对夏季总烃、各类烃及各碳氢化合物的含量与风化时间的关系进行曲线拟合,建立非线性模型y=a/exp(b*x)+c(a,可风化的含量,b,风化速率常数,c,不能风化的含量),但少数色谱峰略成线性趋势变化,用线性函数拟合。各模型拟合效果好,表明蛹壳碳氢化合物的风化有较强的规律性和可预测性。  结论:野外自然环境下,绯颜裸金蝇蛹壳碳氢化合物的组成与风化时间呈显著相关,随风化时间延长其含量显著减少。蛹壳碳氢化合物的风化速率受季节、风化地点微环境的显著影响:夏季风化率最高,冬季风化率最低,春秋季基本相当,表明温度对碳氢化合物的风化有显著影响;春、冬季均以岩石表面(地点A)风化速率最高,表明光降解是其主要降解方式,但夏季以灌木丛微环境(地点C)风化速率最高,提示高温条件下,高温可协同微生物促进风化。另外,风化速率受碳氢化合物类别、支链位置的显著影响,与等效链长、风化前含量呈弱相关。本论文研究结果进一步证实,在高度腐败尸体死亡时间推断方面,蛹壳碳氢化合物的风化规律有巨大的应用潜力,但风化过程是多因素综合作用的结果,其风化机制及相关因素的影响尚需要更深入的研究。
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